多沙河流的波系结构Ⅰ:波系方程与特点  

Wave hierarchies in alluvial rivers of heavy sediment load Ⅰ. Equations and properties

作　　者：丁赟[1,2] 刘磊[3] 钟德钰[3] 

机构地区：[1]河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210098 [2]河海大学水利水电学院,南京210098 [3]清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084

出　　处：《水力发电学报》2012年第6期120-125,共6页Journal of Hydroelectric Engineering

基　　金：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2011CB403303);国家自然科学基金项目(51109064);水利部黄河泥沙重点实验室开放课题基金(2012007);中央高校基本科研业务费专项资金(2011B05414)

摘　　要：基于非线性简单波理论,建立了描述多沙河流不平衡输沙模型的波系结构(wave hierarchies)。算子形式的波系结构方程直观地将多沙河流中洪水演进、泥沙输运及河床演变的多尺度、强耦合作用通过不同波型、不同动因、不同传播特性的波相结合的形式表出。对波系结构特点研究表明,含沙量变化及河床变形尺度对波运动产生不同程度影响,其中运动波受含沙量变化非常显著。与定床情形时保持波速为常数所不同,洪水波传播速度随水体中含沙量增大而变快。对波系结构的尺度进一步研究表明,当长度尺度变化时,波系结构中三种不同波型的波所起的主导作用将发生变化,长度尺度越大时阶数较低的波型的主导地位越显著。因此对于天然长河段洪水演进而言,一般可认为二阶波和三阶波对洪水运动过程起主导作用。This study establishes the wave hierarchies describing the flood propagation and its interactions with river bed evolution in alluvial rivers of heavy sediment,based on the theory of nonlinear simple waves.The wave hierarchies consist of higher-order and lower-order waves,and these wave patterns are different in scale and motivation.The multiple time scales of interactions between fluid flow,sediment transport and bed evolution can be illustrated by the interlacing of dynamic waves,kinetic waves,and river bed waves.The property of the wave hierarchies shows that the feedback of high sediment concentration and large-scale riverbed deformation on flood propagation cannot be ignored.Furthermore,when the length scale becomes larger,the lower-order waves will play a more dominant role in the wave hierarchies.Therefore,the kinetic wave will mainly determine the flood propagation in long natural rivers.

关 键 词：水沙动力学 多沙河流 洪水 波系 耦合 

分 类 号：TV147[水利工程—水力学及河流动力学]